Řešení problémů s netěsnostmi u sestav automobilových dveří
Společnost Scanning and Inspection Pty se rozhodla pro software PolyWorks®, díky kterému provede analýzu vztahu mezi dveřním rámem a karoserií za méně než 1 hodinu.
Výrobci vědí, když něco není v pořádku – ale zjistit, proč k tomu došlo, je často mnohem složitější proces. Následné prošetření problému stojí čas, peníze i zdroje. Když je problém konečně identifikován, další fází na cestě k nápravě je vykonání kvantifikovaných úprav. Někdy se vyrobený díl liší od navrženého dílu, nebo se liší od toho, jaký by měl být či jaký byl v minulosti. Ale do jaké míry, ve kterých místech či jakým směrem? Pro významného australského výrobce automobilů bylo prioritou identifikovat příčiny netěsností u dveřních sestav.
ModelMaker Z70 nainstalovaný na rameni Faro
Výzva
Automobilový výrobce si nedávno prošel jedním z těchto výrobních scénářů, kterým se nedá vyhnout. Setkal se s odchylkami při zarovnání těsnění některých kabinových dveří , které vyráběl a montoval. Bylo zřejmé, že některé automobily, které byly vyrobeny během jednoho časového úseku výroby, splňovaly očekávání, dveře a těsnění hladce pasovaly se zbytkem karoserie. Ale u automobilů, které vyjely z výrobní linky v pozdější fázi, byla během finální zkušební fáze zpozorována propustnost vody. Prvním úkolem bylo najít místo, kudy voda vnikala dovnitř, ale podrobnější analýza se týkala vztahu mezi rámem dveří a karoserií automobilu. Řadu výzev také představovala nutnost zjistit, v čem se automobily, které netěsnily, lišily, a určit, jak moc, kde a jakým směrem se lišily.
Pokud jeden sled sestav dveří a karosérie vyšel z výroby, aniž by byla pozorována nějaká netěsnost, ale u dalších kusů vyrobených v pozdější fázi docházelo k protékání, pak se musely z hlediska konstrukce nějak lišit. Jak se problematická sestava dveřního rámu liší od svého protějšku v „dobrém kusu“? Aby bylo možné vědět, jaké změny se mají provést během výroby, musí být zákazník schopen vyčíslit nesrovnalost. Je třeba vyhodnotit vztah a rozdíly mezi „dobrými“ a „špatnými“ dveřními sestavami. Proto byla získána podrobná srovnávací analýza. Díky nejnovější technologii laserového skenování a softwarové sadě PolyWorks navíc její pořízení trvalo pouze několik hodin.
Řešení
Akvizice dat
K rychlému a efektivnímu zachycení informací o povrchu použili experti na skenování a kontrolu laserový skener nainstalovaný na kloubovém měřícím rameni. Typ laserového skeneru použitý pro tuto činnost byl ModelMaker Z70, vysoce kvalitní skener schopný digitalizovat povrch s pozoruhodnou hustotou 0,05 mm × 0,05 mm, což je přibližně 400 bodů na milimetr čtvereční. Výsledkem je realistický, kompletní, 3D digitální model dílu a množství dat, která čekají na to, aby byla převedena na užitečné informace. Skener získává svou 3D pozici z přenosného CMM, v tomto případě ramene Faro Platinum, které měří opakovatelnost v rozsahu od ± 0,051 mm v závislosti na své velikosti. Rameno Faro a laserový skener MMZ70 byly na místo přivezeny na robustním stativujenž je vybaven kolečky, takže měřící hardware bylo možné pohodlně umístit vedle dveří příslušného automobilu. Sběr požadovaných povrchových dat zabral u jednoho automobilu jen několik minut.
Proces PolyWorks
Jakmile byla shromážděna data ze skenování, začala fáze následného zpracování – analýzy. Pomocí softwaru PolyWorks experti ze společnosti Scanning and Inspection Pty Ltd. virtuálně porovnali data naskenovaná laserem z „netěsnícího“ automobilu s „dobrým kusem“ a provedli pokročilá měření a srovnávací analýzy. Předtím, než bylo možné provést srovnávací analýzy, bylo však v softwaru PolyWorks nutné provést řadu manipulací s mračnem bodů.
Akvizice dat
Doladění zarovnání skenů
Během fáze úkolu zaměřené na sběr dat, bylo získáno několik průchodů skenů. Každý průchod skeneru je automaticky zarovnán díky úhlovým snímačům polohy, které jsou v kloubech měřícího ramena a na základě jejich natočení se neustále aktualizuje poloha a orientace laseroveho skeneru v prostoru. Většina mračen bodů získaných laserovým skenerem „sedí“ na ostatních, které již byly nasnímány v rámci jiných průchodů skeneru. Některé části dílu jsou tak měřeny více než jednou. Tyto oblasti vícevrstvých dat se označují jako oblasti překrývání.
Modul PolyWorks IMAlign využívá tyto oblasti překrytí k opětovnému zarovnání všech skenů pro doladění zarovnaného mračna bodů získaného z přenosného CMM. Nejprve je provedena analýza odchylek na zarovnaném mračnu bodů. Software PolyWorks automaticky vypočítá průměrné vzdálenosti mezi každým překrývajícím se skenem a zobrazí barvu, která představuje hodnotu odchylky. Uživatelé tak mohou na první pohled identifikovat skeny, které jsou mimo toleranci a které lze zlepšit opětovným zarovnáním.
Poté je pomocí technologie zarovnání „nejlepšího proložení“ PolyWorks provedeno nové zarovnání. Aby se zabránilo „klouzání“ mezi průjezdy skenu ve stejném sousedství, je pro každý sken automaticky nastaveno osm kontrolních bodů, které omezují stupně volnosti. Tato funkce odlišuje PolyWorks od jiných řešení pro zarovnání skenů, která často narážejí na problémy s klouzáním během zarovnání skenování. Po zúženém zarovnání nejlepšího proložení, je vypočítána nová analýza odchylek a zobrazena barevná mapa.
Poslední krok spočívá ve vytvoření jednovrstvého mračna bodů inteligentním zprůměrováním všech překrývajících se skenů pomocí technologie „redukce překrytí“ PolyWorks. Výsledné mračno bodů lze nyní přeměnit na povrch, který bude použit pro další analýzu, například porovnávání „dveří s dveřmi“. Technika skenování byla stejná pro „netěsnící“ automobily i „dobré kusy“. Z okenních rámů a dveřních rámů byly odstraněny veškeré obvodové lišty, aby byly odhaleny pouze konstrukční ocelové komponenty. Dveře byly během procesu sběru dat zavřené a příslušné oblasti spojené s protékajícím těsněním byly naskenovány pomocí laseru MMZ70.
S tím, jak se laserový paprsek pohyboval po povrchu a sbíral desítky tisíc 3D bodů za sekundu, objevil se na obrazovce počítače okamžitě skenovaný povrch. Možnosti tohoto typu zobrazení povrchu mračna bodů v reálném čase znamenaly, že oblasti, které byly vynechány nebo které bylo třeba dále skenovat, mohly být identifikovány hned během měření a zohledněny.
Vytváření polygonálního modelu
Vytvoření polygonálního modelu
Aby bylo možné porovnat povrchy „dobrých“ a „špatných“ dveřních sestav, musela společnost Scanning and Inspection převést mračna bodů na něco, co by bylo možné použít jako povrch. Software PolyWorks během chvilky převedl desítky milionů bodů z mračna bodů na trojúhelníkovitou síť. Software použil každý z bodů jako uzly pro miliony malých trojúhelníků, které sestrojil.
K přesnému popsání různých tvarů skenovaného objektu software PolyWorks pro konzistentnější části povrchu automobilu používá méně trojúhelníků a pro složitější obrysy více trojúhelníků, to vše na základě hodnot tolerance definovaných uživatelem. Před konverzí jsou také stanoveny parametry vzdálenosti a vyhledávání nejbližšího sousedního bodu , aby se vytvořil trojúhelníkovitý povrch a snížil vlastní šum skeneru na minimum.
Porovnání dveří s dveřmi
Pomocí komplexních matematik „nejmenších čtverců“ a analýzy povrchu byly dvě nové trojúhelníkovité a optimalizované datové sady laserových skenů položeny jedna na druhou a zarovnány pomocí technologie zarovnání nejlepšího proložení v softwaru PolyWorks. Software PolyWorks následně vytvořil barevný vzor zvýrazňující porovnání těchto dvou sestav. Výsledná barevná mapa chyb umožňuje snadno rozlišit oblasti, které identifikují „špatné“, tj. netěsnící, automobilové dveře, a stejně tak „dobré“ automobilové dveře.
B sloupek a spodní části dveří jsou zbarveny světle zeleně (téměř jako voda). Tato barva indikuje odchylku mezi dvěma sadami dveří pod ± 0,5 mm. Ostatní oblasti, jako je ocelový okenní rám, který je přivařen k samotným dveřím, jsou znázorněny zeleně, což se rovná odchylce ± 1–2 mm. Konečně i oranžová část, umístěná na podvozku vozu, také udává odchylku ± 1–2 mm.
Jinými slovy, když byly B sloupky obou vozů zarovnány s přesností na 0,5 mm, rámy oken netěsnícího automobilu byly ve skutečnosti umístěny mezi 0,5 mm a 2 mm pod rámem vozidla bez netěsností, což je určitě dost velká mezera na to, aby tam procházela voda.
Výhody
Technici ze společnosti Scanning and Inspection ve skutečnosti zjistili, že by bylo mnohem snazší změnit sváry zodpovědné za polohu dveřního rámu, než jakýmkoliv způsobem upravovat podvozek. Svaření v místě styku okenního rámu s dveřmi bylo upraveno tak, aby rám neseděl tak nízko (ve srovnání s těsnícími dveřmi).
Celý proces kontroly pomocí softwaru PolyWorks byl proveden za méně než 1 hodinu.
Závěry vyplývající z analýzy situace koncentrovaly v první řadě obavy zákazníka z okenního rámu vozidla, přesněji na způsob jeho přivaření k celé sestavě dveří. Byly provedeny vhodné úpravy postupu svařování, aby se zajistilo, že okenní rám již nebude umístěn příliš nízko oproti své ideální poloze, která byla navržena v původním CAD návrhu.
Přesnost a flexibilita ramene Faro a laserového skeneru MMZ70 používaných v kombinaci se špičkovým softwarem PolyWorks, umožnily tomuto výrobci automobilů:
- Rychle identifikovat zdroj netěsností.
- Přesně změřit fyzickou odchylku „špatných“ dveřních sestav automobilu od těch „dobrých“ (o kolik, kde a jakým směrem).
- Upravit proces montáže úpravou svařování v místě styku okenního rámu s dveřmi.
- Zrealizovat celý proces kontroly za méně než 1 hodinu.
